Солнечный контроллер важнейшая часть солнечной системы. Он регулирует работу аккумулятора и нагрузки. С солнечной электростанцией в деталях можно ознакомиться здесь www.pv-sys.ru.
Задачей любой энергосистемы является передача всей вырабатываемой ею мощности к нагрузке и обеспечение ее безаварийного функционирования. Солнечный контроллер служит для этой цели.
Существуют два типа солнечных контроллера представленные на рынке
· PWM (ШИМ) контроллер. Дешевый вариант
· MPPT контроллер.
Можно ли обойтись без контроллера. Ответ: можно, но ваш аккумулятор быстро выйдет из строя или солнечная панель просто не будет его заряжать. Поэтому лучше уж с контроллером.
Для понимания работы контроллера необходимо представлять, как работает солнечный модуль и аккумуляторы. На рисунке ниже приведена вольт амперная характеристика солнечной батареи. Если мы осветим солнечную батареи и начнем измерять ток и напряжение при разных сопротивлениях, то получим такую характеристику. Так, когда ничего не подключено, говорят, что цепь разомкнута мы получим значение Uхх – напряжение холостого хода. Если мы замкнем накоротко провода солнечной батареи то измерим Iкз - ток короткого замыкания. При изменении сопротивления от 0 до большой величины получается зависимость как на рисунке.
Из курса физики известно
Мощность = напряжение х ток или P=UxI
Посмотрите на рисунок - мощность изменяется в каждой точке кривой, и существует точка, где эта мощность, выдаваемая солнечной батареей максимальна. Эта точка обозначена на графике Umpp – напряжение в максимальной точке мощности и Impp – ток в максимальной точке мощности. Если мы возьмем c солнечного модуля напряжение Umpp то получим максимальную мощность вырабатываемую солнечной батареей.
Вольт амперная характеристика ВАХ солнечного модуля зависит от интенсивности света и температуры. Более подробно можно прочесть здесь. Как работает солнечный элемент, он же ФЭП | Солнечные электростанции (pv-sys.ru). На рисунке ниже можно увидеть, как влияет освещенность и температура на вольт амперные характеристики солнечной батареи.
Если солнце закрывает туча, то падает освещенность солнечной батареи, меньше вырабатывается тока и ниже напряжение, что приводит к уменьшению вырабатываемой мощности. Летом, когда температура высокая это приводит к уменьшению напряжения от солнечной батареи. Все эти факторы надо учитывать при выборе оборудования для солнечной электростанции.
Аккумуляторы, которые используются в солнечной системе, надо заряжать определенным током и напряжением. Превышение зарядного тока и напряжения вызывает нежелательные последствия для аккумулятора и приводит к его выходу из строя. Нельзя разряжать аккумулятор ниже порогового значения, что так же плохо.
Контроллер — это как раз то устройство, которое обслуживает аккумуляторы и солнечные батареи. Он следит за зарядкой аккумуляторов и при достижении максимального напряжения заряда выключает аккумуляторы, выключает нагрузку при сильном разряде аккумуляторов.
Контроллер PWM (ШИМ)
Солнечный контроллер заряда PWM (ШИМ) регулирует напряжение, которое подается от солнечных батарей таким образом чтобы происходила зарядка аккумуляторов. Контроллер выбирается по току в системе.
Например
У вас есть солнечная батарея мощностью 250 Вт и напряжением холостого хода 20 В. Необходимо зарядить аккумулятор с номиналом 12 В до 13.5 В. Выберем контроллер
Максимальный ток = 250 Вт/12 В = 20.8 А
Нам необходим контроллер, который работает с током больше, чем 20.8 А.
На рисунке ниже изображен принцип работы PWM (ШИМ) контроллера. Контроллер измеряет напряжение подключенных батарей и выбирает диапазон рабочего напряжения, при котором он включается (меньше, чем максимальное напряжение заряда) и выключается (больше, чем максимальное напряжение заряда). Напряжение, которое выдает солнечная батарея, должно быть больше, чем максимальное напряжение заряда в широком диапазоне освещенности и температуры в противном случае зарядка производится не будет. Если на аккумуляторе значение напряжения меньше минимального напряжения заряда, то контроллер отключает нагрузку чтобы не допустить выхода из строя аккумулятора.
Данный тип контроллера не позволяет передавать всю мощность, вырабатываемую солнечной батареей на аккумулятор и нагрузку так как максимальное напряжение заряда может не совпадать с напряжением в точке максимальной мощности (смотри рисунок) при данной освещенности и температуре. В результате теряется часть мощности.
К достоинствам контроллера PWM (ШИМ) относится их простота и невысокая стоимость.
MPPT контроллер
МРРТ контроллер передает всю мощность, вырабатываемую солнечной батареей на аккумулятор и нагрузку.
Из курса электротехники известно для получения максимальной мощности на нагрузке от источника его сопротивление должно быть равно внутреннему сопротивлению источника. Солнечная батарея при разной освещенности и температуре имеет разные значения внутреннего сопротивления в точке максимальной мощности. Контроллер в каждый момент времени меняет свое сопротивление и подбирает его равным внутреннему сопротивлению солнечной батареи. Контроллер отбирает максимальную мощность от солнечной батареи в данный момент. Более подробно можно прочесть здесь Контроллеры заряда аккумуляторных батарей | Солнечные электростанции (pv-sys.ru).
Использование MPPT солнечного контроллера позволяет полностью использовать мощность солнечных батарей, работать в разных условиях освещенности и температуры. Он, конечно, дороже, но все вложения окупятся дополнительной мощностью выдаваемой системой.
Как мы увидели солнечные контроллеры являются важнейшей частью солнечной электростанции. Без него невозможна нормальная, безаварийная работа. Вопросы можете задавать в комментариях.